編者按：為揭開科技工作的神秘面紗，科普中國前沿科技項(xiàng)目推出“我和我的研究”系列文章，邀請(qǐng)科學(xué)家親自執(zhí)筆，分享科研歷程，打造科學(xué)世界。讓我們跟隨站在科技最前沿的探索者們，開啟一段段充滿熱情、挑戰(zhàn)與驚喜的旅程。

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在微創(chuàng)手術(shù)的世界里，醫(yī)用內(nèi)窺鏡是無可爭(zhēng)議的明星。它以其小巧的身軀，輕松穿梭于我們復(fù)雜的身體結(jié)構(gòu)中，為醫(yī)生提供了前所未有的視野，不僅能讓手術(shù)變得更加精準(zhǔn)，還可以極大地減輕患者的痛苦。

你是否曾經(jīng)好奇，在內(nèi)窺鏡發(fā)明之前，醫(yī)生是如何檢查內(nèi)臟器官的？在狹窄逼仄又沒有光線的體內(nèi)，內(nèi)窺鏡又是如何帶領(lǐng)醫(yī)生看清目標(biāo)，甚至精準(zhǔn)指引手術(shù)的？

為此，我們特別策劃了醫(yī)用內(nèi)窺鏡系列，分兩篇內(nèi)容，帶你了解醫(yī)用內(nèi)窺鏡的前世今生，并探索它背后的科學(xué)原理和驚人成就。此篇為該系列的下篇。

我們團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事生物組織高分辨率實(shí)時(shí)活體熒光成像方面的工作，開展工作包括醫(yī)學(xué)光學(xué)內(nèi)窺成像，如激光共聚焦顯微內(nèi)窺成像、熒光腹腔鏡成像、激光散斑血流成像、計(jì)算相襯內(nèi)窺成像、結(jié)構(gòu)光照明超分辨顯微（SIM）成像等，成果共聚焦熒光顯微成像儀已經(jīng)獲批醫(yī)療器械注冊(cè)證。

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窄帶成像：讓醫(yī)生“看得更清”

窄帶成像（Narrow Band Imaging, NBI）是一種讓醫(yī)生“看得更清”的內(nèi)窺鏡技術(shù)。

傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡使用白光照明，雖然能看到器官表面，但對(duì)于早期微小病變往往容易忽視。而窄帶成像通過使用特定波長(zhǎng)的藍(lán)光和綠光，專門照亮血管和黏膜表面，讓微小的病變“顯形”，特別適用于早期癌癥的篩查。

簡(jiǎn)單來說，NBI就像給醫(yī)生的“視覺”加了一層濾鏡，突出病變區(qū)域的細(xì)節(jié)，類似于讓隱藏的線索在“放大鏡”下變得清晰可見。

這項(xiàng)技術(shù)特別適用于消化道和呼吸道的檢查，讓醫(yī)生能夠更早地發(fā)現(xiàn)異常，作出更精準(zhǔn)的診斷。窄帶成像為內(nèi)窺鏡的觀察力增添了“透視”的效果，大幅提升了檢測(cè)的精度和早期診斷的成功率。

NBI下不同程度病變的微腺管

（圖片來源：參考資料1）

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熒光內(nèi)窺鏡：點(diǎn)亮隱藏的病灶

熒光內(nèi)窺鏡通過注射熒光物質(zhì)，讓病變區(qū)域在特定光照下“發(fā)光”，為醫(yī)生提供了精準(zhǔn)的導(dǎo)航。

類似于電影中夜視儀的效果，熒光內(nèi)窺鏡讓醫(yī)生看到正常光學(xué)下無法顯示的病灶，尤其在癌癥手術(shù)中，熒光引導(dǎo)手術(shù)成為腫瘤摘除的“明燈”。

熒光內(nèi)窺鏡更多用于手術(shù)導(dǎo)航和精準(zhǔn)定位病變。它通過注射或涂抹熒光染料，使特定的組織在特定光線下發(fā)出熒光，尤其是腫瘤和病變區(qū)域的組織在手術(shù)過程中變得更加顯眼。這樣，醫(yī)生能夠在手術(shù)中準(zhǔn)確識(shí)別并切除病變組織，避免誤傷健康組織。

熒光下的腫瘤顯像

（圖片來源：參考資料2）

熒光內(nèi)窺鏡類似于醫(yī)生的“高精度地圖”，在復(fù)雜的手術(shù)環(huán)境中提供清晰的導(dǎo)航，幫助醫(yī)生確保手術(shù)的徹底性和安全性，減少復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。這種技術(shù)主要用于癌癥手術(shù)中的實(shí)時(shí)指導(dǎo)，成了腫瘤摘除的明燈。

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超聲內(nèi)鏡：側(cè)耳傾聽，描繪其形

超聲內(nèi)鏡（Endoscopic Ultrasound ,EUS）可以說是內(nèi)窺鏡和超聲技術(shù)的完美結(jié)合，它不僅是一雙“眼睛”，還能像“耳朵”一樣傾聽和探測(cè)體內(nèi)深處的結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡只能看到器官表面，但超聲內(nèi)鏡就像醫(yī)生手中的“雷達(dá)”，通過發(fā)射高頻聲波，穿透組織表層，捕捉更深處的圖像。聲波遇到不同密度的組織會(huì)反射回不同的信號(hào)，形成精細(xì)的影像，讓醫(yī)生不僅能觀察到表面，還能“透視”到鄰近的器官或腫瘤。

超聲內(nèi)鏡最常用于診斷消化道疾病，比如胃部、胰腺、十二指腸等部位的病變等。在操作中，它通過超聲探頭“探測(cè)”消化道壁或周邊器官，像是一臺(tái)穿越“屏障”的成像儀器，幫助醫(yī)生識(shí)別深處的病變。

超聲內(nèi)鏡助力消化道疾病精確診斷

（圖片來源：新華網(wǎng)）

更有趣的是，EUS還能配合細(xì)針穿刺活檢，直接獲取深層組織樣本，進(jìn)行進(jìn)一步的病理分析。這種技術(shù)的神奇之處就在于它不僅能“看見”，還能“聽到”體內(nèi)的變化，拓展了傳統(tǒng)內(nèi)鏡的成像深度，使醫(yī)生能夠看到深層組織的病變。

超聲內(nèi)鏡就像是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的“潛望鏡”，帶領(lǐng)醫(yī)生更深入地探索身體的隱秘角落，確保病變無所遁形。

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共聚焦激光顯微內(nèi)鏡：揭示細(xì)胞奧秘的“微觀探險(xiǎn)者”

共聚焦激光顯微內(nèi)鏡（Confocal Laser Endomicroscopy, CLE）是一項(xiàng)具有突破性意義的內(nèi)窺鏡技術(shù)，結(jié)合了共聚焦顯微技術(shù)和內(nèi)窺鏡，旨在提供微觀層面的實(shí)時(shí)組織成像。

這項(xiàng)技術(shù)不僅讓醫(yī)生得以觀察器官表面的細(xì)節(jié)，還能觀察組織的細(xì)胞學(xué)形態(tài)，幫助診斷疾病。這就像醫(yī)生可以攜帶著一個(gè)顯微鏡“探險(xiǎn)”患者體內(nèi)，直接觀察到組織和細(xì)胞的變化，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的活體實(shí)時(shí)成像。

共聚焦激光顯微內(nèi)鏡的核心在于“共聚焦”與“成像探頭”這兩部分，其基本思想是利用一個(gè)小孔來消除非焦平面和非焦點(diǎn)的散射光[3]，這樣就只保留了來自焦點(diǎn)的光信號(hào)，從而形成高分辨率的圖像。

CLE中的激光通過內(nèi)窺鏡的光纖導(dǎo)入人體，由光源出射的光準(zhǔn)確地對(duì)位于共軛點(diǎn)的組織進(jìn)行照明，而激發(fā)的熒光準(zhǔn)確地聚焦到針孔處形成點(diǎn)像，這個(gè)針孔是CLE細(xì)胞級(jí)觀察能力的關(guān)鍵，其與照明點(diǎn)光源共軛，因此焦點(diǎn)以外的雜散光就被過濾掉了。

CLE還常常需要熒光劑的輔助，醫(yī)生會(huì)在操作前注入熒光劑，例如熒光素鈉，這些熒光劑能夠與組織中的某些細(xì)胞結(jié)構(gòu)結(jié)合，顯示出被檢測(cè)組織的血管結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)間隙等。

左：普通內(nèi)鏡下的腸上皮化生

中：共聚焦內(nèi)鏡下的腸上皮化生

右：組織學(xué)檢查下的腸上皮化生

（圖片來源：參考資料4）

在傳統(tǒng)診斷中，醫(yī)生通常需要通過活檢取出一小塊組織進(jìn)行病理分析，活檢過程不僅有一定的創(chuàng)傷性，還可能花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間，取樣結(jié)果也可能存在誤差。

然而，CLE對(duì)腔內(nèi)表面進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，是一種無創(chuàng)的“光學(xué)活檢”方式，能夠在不取出組織的情況下進(jìn)行細(xì)胞水平的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)組織病變的早期診斷和治療，這意味著患者在檢查過程中會(huì)遭受更少的創(chuàng)傷，同時(shí)也能夠更快地得到診斷結(jié)果，從而減少診療的時(shí)間和不確定性。

目前，CLE在臨床上的應(yīng)用比較成熟，如腸部、胃部的成像，未來隨著臨床應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，其將發(fā)揮更大作用。

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膠囊內(nèi)鏡：吞下一顆偵察衛(wèi)星

想象一下，你只需要吞下一顆膠囊，這顆膠囊就像是迷你版的“偵察衛(wèi)星”，進(jìn)入你的消化道，自行開始探險(xiǎn)之旅。這就是膠囊內(nèi)鏡的奇妙之處。

過去，醫(yī)生只能通過長(zhǎng)長(zhǎng)的內(nèi)窺鏡管道“硬闖”身體，過程不但不舒適，還容易錯(cuò)過關(guān)鍵病變。而如今，膠囊內(nèi)鏡完全解放了這種體驗(yàn)，它可以自由穿行于人體的胃腸道中，像一個(gè)忠實(shí)的探險(xiǎn)者，邊走邊拍攝，并通過內(nèi)置的無線發(fā)射器將高清圖像傳送至患者體外佩戴的接收器上。

左圖：膠囊內(nèi)鏡下的消化道圖像 右圖：尺囊內(nèi)鏡實(shí)際尺寸

（圖片來源：維基百科）

這個(gè)接收器像一個(gè)數(shù)據(jù)收集站，將整個(gè)消化道的探查過程記錄下來，讓醫(yī)生能在之后詳細(xì)分析圖像，將消化道的每一個(gè)角落都盡收眼底。更令人驚奇的是，膠囊內(nèi)鏡可以無死角地檢查那些傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡難以觸及的部位，特別是復(fù)雜、彎曲的小腸[5]。

對(duì)醫(yī)生來說，膠囊內(nèi)鏡就像是一雙能夠無縫掃描的“眼睛”，甚至可以幫助發(fā)現(xiàn)克羅恩病、消化道出血等早期病變。而對(duì)患者來說，這簡(jiǎn)直是革命性的進(jìn)步，不再需要忍受插管的痛苦，只需要吞下一顆膠囊，檢查過程輕松如常。

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未來，內(nèi)窺鏡還會(huì)朝著什么方向進(jìn)化？

未來的內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)不僅將朝著高清、智能化和微創(chuàng)化的方向發(fā)展，還將更加聚焦于微小腔道成像技術(shù)的突破。隨著光學(xué)、微電子和成像技術(shù)的進(jìn)步，內(nèi)窺鏡攝像頭將提供超高清，甚至8K的實(shí)時(shí)影像，幫助醫(yī)生在復(fù)雜的手術(shù)場(chǎng)景中更加精準(zhǔn)地觀察病變區(qū)域。同時(shí)，3D立體成像將成為標(biāo)準(zhǔn)配置，極大增強(qiáng)醫(yī)生的空間感知力，尤其是在腹腔鏡等微創(chuàng)手術(shù)中，提高操作的精確度和安全性。

微小自然腔道成像：微小腔道成像是內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，它讓醫(yī)生能夠進(jìn)入過去傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡難以到達(dá)的細(xì)小通道，如膽管、胰管、泌尿道和血管。過去，這些區(qū)域的檢查和治療常常依賴侵入性手術(shù)或放射影像，但微小腔道內(nèi)窺鏡設(shè)備的精密化和微型化，使得醫(yī)生可以通過極小的通道直接觀測(cè)和處理這些腔道內(nèi)的疾病。例如，膽管癌和胰腺癌的早期發(fā)現(xiàn)，如今可以通過微小腔道成像直接進(jìn)行，這極大提高了診斷的準(zhǔn)確性和早期治療的機(jī)會(huì)。

AI技術(shù)：人工智能（AI）也是未來內(nèi)窺鏡技術(shù)的核心推動(dòng)力[6]。AI能夠?qū)崟r(shí)分析內(nèi)窺鏡圖像，自動(dòng)識(shí)別病變組織，提供診斷建議。通過AI的輔助，醫(yī)生可以更快速地做出診斷并減少人為誤判。AI技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域，如結(jié)腸息肉的自動(dòng)檢測(cè)中展現(xiàn)了強(qiáng)大潛力，未來其應(yīng)用將擴(kuò)展至更多的疾病篩查和微小腔道的精確分析。

3D成像技術(shù)：此外，微小腔道成像技術(shù)將與高清和3D成像相結(jié)合，使醫(yī)生不僅能在極狹窄的通道內(nèi)看到細(xì)膩的圖像，還能通過三維立體視角精確判斷病變位置和程度。這種技術(shù)的突破為微創(chuàng)手術(shù)帶來了極大的可能性，醫(yī)生可以在手術(shù)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作，減少對(duì)周圍健康組織的損傷，大大降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

醫(yī)療器械的進(jìn)步對(duì)于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診斷和治療意義深遠(yuǎn)。更高清、更智能化的內(nèi)窺鏡不僅提升了早期病變的發(fā)現(xiàn)能力，還推動(dòng)了微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展，減少了患者的痛苦和術(shù)后恢復(fù)時(shí)間。

未來，隨著這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，內(nèi)窺鏡將繼續(xù)成為醫(yī)生手中的“超級(jí)工具”，幫助他們以前所未有的精度和效率完成復(fù)雜的診斷和治療任務(wù)。

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參考資料：

[1]朱亞男,王軍,王娟,等.早期胃癌和上皮內(nèi)瘤變?cè)诜糯髢?nèi)鏡窄帶成像技術(shù)下的表現(xiàn)[J].中國內(nèi)鏡雜志,2024,30(07):56-62.

[2]劉勝,尹新民,劉毅,等.ICG熒光顯影引導(dǎo)腹腔鏡解剖性右半肝切除治療肝臟腫瘤安全性及可行性研究[J].中國實(shí)用外科雜志,2019,39(09):944-948.

[3]徐寶騰.基于光纖束的共聚焦顯微內(nèi)窺圖像采集與處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2023.

[4]余曉云,陳婕,鄭麗端,等.激光共聚焦內(nèi)鏡對(duì)慢性萎縮性胃炎和腸上皮化生的診斷價(jià)值[J].臨床消化病雜志,2013,25(05):280-282.

[5]廖專,李兆申.膠囊內(nèi)鏡20年發(fā)展與展望[J].中國實(shí)用內(nèi)科雜志,2022,42(01):1-7.

[6]孫佳偉,陳照青,趙斌,等.深度學(xué)習(xí)在光纖成像中的應(yīng)用進(jìn)展（特邀）[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2024,61(16):70-85.